4- 1-Activation
Les lymphocytes tueurs naturels, NK (natural Killer) sont des cellules capables de provoquer la mort d’une grande variété de cellules cibles, soit infectées par des virus, soit transformées, en particulier des cellules qui expriment peu ou pas de molécules de CMH de classe I, ou qui expriment des molécules de CMH allogénique.
Leur activité s'exerce directement grâce à des récepteurs membranaires non spécifiques appelés récepteurs inhibiteurs et récepteurs activateurs.
Les récepteurs inhibiteurs reconnaissent les molécules de CMH1 de soi.
Figure 34. Récepteurs inhibiteurs et récepteurs activateurs des NK.
-Les récepteurs activateurs reconnaissent des ligands de surface qui sont des molécules de détresse surexprimées par les cellules infectées ou devenues tumorales.
L’activité des lymphocytes NK est déterminée par la résultante de ces signaux activateurs et inhibiteurs délivrés à la cellule NK.
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Figure 35. Activation des lymphocytes NK déterminée par la somme de signaux reçus.
Les lymphocytes NK possèdent à leur surface d’autres récepteurs qui reconnaissent le fragment Fc des IgG (CD16). L’interaction de ces récepteurs avec des IgG combinées spécifiquement à une cellule cible (cible = cellule tumorale, GR étranger, cellule étrangère, cellule infectée par un virus) active les lymphocytes NK.
Figure 36. Activation des lymphocytes NK dépendante d’anticorps.
4- 2 Induction de la mort par la voie des perforines et des granzymes
L’induction de la mort par l’intermédiaire des perforines et des granzymes est le mécanisme le plus dominant. La cellule NK activée, par la résultante des signaux émis par les
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récepteurs activateurs et inhibiteurs et ou par le récepteur CD16 (fixation au Fc des IgG liées à la cellule cible spécifique), libère dans la zone de contact entre elle et la cellule cible des perforines et le granzyme (sérines estérases stockés dans les granules lytiques).
Figure 37. Mécanisme d’attaque des NK : voie des perforines/granzymes
Les perforines, au contact de la membrane de la cellule cible, en présence de calcium, se polymérisent en polyperforines qui forment des pores. Ces pores permettent au granzyme de pénétrer dans la cellule cible et d'activer des caspases (protéases) favorisant l'apoptose. L'apoptose est une mort cellulaire programmée.
4-3-Induction de la mort par le récepteur de mort Fas
La cellule NK activée exprime à sa surface le ligand de Fas (Fas L). L'interaction de ce ligand avec le récepteur Fas (= CD95) exprimé par certaines cellules cibles infectées ou tumorales transduit le signal de la mort apoptotique à la cible. Fas : fragment apoptotic stimulation
Figure 38. Mécanisme d’attaque des NK : voie du récepteur de mort Fas.
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4-4 L'apoptose
C'est une mort cellulaire programmée. Elle débute par une diminution du volume cytoplasmique qui s'accompagne du bourgeonnement de la membrane cytoplasmique et de la condensation du noyau. Ensuite l'ADN est fragmenté. Il résulte des vésicules ou sphères contenant chacune un fragment d’ADN entouré de membrane cytoplasmique. Ces sphères, appelés corps apoptotiques sont éliminés par les macrophages.
Figure 39. Evénements de l’apoptose.
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Chapitre IV Réponse immunitaire acquise cellulaire
1-Introduction
La réponse humorale est assurée par les lymphocytes B, elle est accompagnée de la production d’anticorps spécifiques de l’antigène. Ce type d’immunité est transmissible par le sérum.
La réponse à médiation cellulaire est assurée par des lymphocytes spécifiquement sensibilisés (lymphocytes T) venant au contact de l’antigène et libérant des médiateurs non spécifiques, ou générant des lymphocytes T cytotoxiques spécifiques.
Cette immunité qu’elle soit humorale ou à médiation cellulaire est spécifique de l’antigène qui la déclenche et elle est acquise suite à cette première rencontre avec l’antigène. Elle est donc à mémoire. Les lymphocytes gardent la mémoire du 1er contact avec l’antigène, et réagissent plus rapidement et de façon plus intense et plus efficace contre cet antigène lors d’un second ou ne contact.
2- Les antigènes
Un antigène (Ag) est une substance capable de déclencher une réponse immunitaire et de se lier spécifiquement avec le produit de la réponse immunitaire (anticorps, récepteurs de lymphocytes T sensibilisées).
2-2- Genres d’antigènes
Antigènes solubles : ils représentent de grosses molécules constituées de protéines et ou de glucides.
Figure 40. Exemples d’antigène.
Antigènes particulaires : virus et ou cellules : bactéries, champignons, parasites, cellules étrangères, cellules de soi tumorales ou infectées.
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2-3- Structure des antigènes
L’antigène est un corps étranger de structure différente de celle des constituants du soi. Ce n’est pas l’antigène dans son ensemble qui suscite une réponse immunitaire mais seulement des petites fractions de celui-ci. Ces fractions sont appelées déterminants antigéniques ou épitopes.
Le déterminant antigénique contre lequel un anticorps peut être produit, comprend 3 à 6 acides aminés et 5à 6 résidus de sucre.
Figure 41. Exemple de structure d’un antigène : bactérie de forme coque.
Les grosses molécules contiennent plusieurs déterminants antigéniques. Ces déterminants antigéniques peuvent être identiques ou différents. Plus la molécule est grosse plus elle comporte de déterminants antigéniques. Exemple :
-Ovalbumine : poids moléculaire (PM) = 44000 : 5 déterminants antigéniques - Toxine tétanique : PM = 69000 : 8 déterminants antigéniques
De très petites molécules qui peuvent être perçues comme des déterminants antigéniques isolés ne sont capables de provoquer une réponse anticorps que si elles ont été attachées auparavant à des molécules plus grosses (porteuses). Elles sont appelées des haptènes.
2-4- Antigènes naturels
2-4-1 Nomenclature-Xénoantigènes ou hétéroantigènes : antigènes provenant d’une espèce différente de l’espèce répondeuse.
Exemple : globules rouges de mouton chez la souris.
-Alloantigènes : antigènes provenant d’un individu de la même espèce que l’individu répondeur mais génétiquement différent. Exemple : antigènes de groupes sanguins humains.
-Autoantigènes ou antigènes autologues : sont les substances de l’individu vis à vis desquelles une réaction immunitaire anormale est produite (cas des maladies auto-immunes).
42 2-4-2- Exemple d’alloantigènes
- Chez l’homme il y en a plusieurs sortes :
-le système ABO : antigènes A, B (à la surface des globules rouges). Il correspond à 4 groupes : A, B, AB et O.
-le système Rhésus: antigènes D (à la surface des globules rouges).
-le système HLA (Humain Leukocyte Antigens): antigènes du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH). Il correspond aux molécules de CMH1 et CMH2.
Les molécules de CMH 1 se trouvent sur toutes les cellules nucléées de l'organisme tandis que les molécules de CMH 2 sont uniquement portées par des cellules en rapport avec la réponse immune spécifique
- Chez les animaux : nombreux systèmes : cheval : 10 groupes.
-Chez les bactéries : groupage des streptocoques (classification de Lancefield).
2-5-Antigènes d'histocompatibilité- Complexe majeur d'histocompatibilité
Lorsqu'on transfère d'un individu à un autre individu non apparenté, des cellules, des tissus ou des organes, cela provoque chez l'individu receveur une réaction immunologique conduisant à l'élimination de l'élément transmis par les cellules de l'immunité à médiation cellulaire de l'organisme receveur. Cette réaction est connue sous le nom de rejet de greffe. Le greffon présente des structures antigéniques propres à l'individu chez qui il a été prélevé (donneur), reconnues étrangères par le système immunitaire de l'organisme receveur et contre lesquelles celui-ci réagit.
Ces antigènes ou alloantigènes sont des glycoprotéines de surface cellulaire. Ils sont très immunogènes car ils provoquent un rejet rapide et intense. Ils sont codés par un ensemble de gènes étroitement liés. Ils déterminent la compatibilité tissulaire entre deux individus, ils sont alors appelés les gènes du complexe majeur d'histocompatibilité(CMH). Le CMH définit un haplotype. Chez l'homme, il représente le système HLA (Human Leukocyte Antigens), il est porté par la paire de chromosomes 6. Chez la souris, c'est le système H – 2 porté par la paire 17.
Un haplotype est un ensemble de gènes portés par un chromosome de la paire.
2-5-1 Organisation des gènes du complexe majeur d'histocompatibilité, le système HLA Il comprend 2 régions majeures CMH I et CMH II, chacune de ces régions est constituée de nombreux gènes répartis en loci.
- Ces gènes sont étroitement liés, ils sont transmis en bloc des parents aux enfants. Un individu donné possède 2 haplotypes HLA différents, un parental et l'autre maternel. Les événements de recombinaison (crossing over) entre 2 haplotypes sont rares.
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Figure 42. Gènes du complexe majeur d'histocompatibilité humain et murin
Ces gènes sont codominants, les molécules codées par chaque haplotype de la paire du chromosome 6 sont exprimées à la surface cellulaire. Ils sont polyalléliques, chaque gène existe sous plusieurs formes (allèles) variant entre les individus ; leurs nombres approximatifs sont les suivants :
Figure 43. Les allèles des gènes HLA I et II.
44 2-5-1-1 Les gènes HLA I
La région de classe I contient les gènes de classe I, HLA- A, B, et C qui codent pour des glycoprotéines membranaires. Chacune de ces glycoprotéines s'associe à la β2 microglobuline et s’exprime à la surface des cellules nucléées de l'organisme.
2- 5- 1-2 Les gènes HLA II
La région de classe II ou région D est subdivisée en sous régions ou loci : DR, DP, DQ.
Chacun des 3 loci de classe II porte 2 gènes A et B codant respectivement pour une chaîne lourde α et une chaîne légère β qui s'associent et forment des dimères de classe II.
Les molécules de classe II sont exprimées essentiellement à la surface des cellules présentatrices d'antigènes, cellules dendritiques, macrophages et les lymphocytes B.
Un individu donné peut être : HLA A1 A3, B5 B8, C4 C6 etc.…. Le polymorphisme élevé et la codominance de ces gènes conduisent à un grand nombre de combinaisons possibles (dépassent 1010 ), et font que chaque individu est unique pour son expression du CMH. Les molécules I et II constituent la carte génétique de chaque individu.
Des gènes supplémentaires ont été identifiés, dans cette région de HLA II, qui codent pour des produits intervenant dans les voies de présentation antigénique exogène (gènes DM) et des antigènes endogènes (gènes TAP et LMP).
TAP : Transporter Associated with antigen Processing: transporteur associé à l'apprêtage des antigènes. LMP: Large Multifuctional Proteases (protéosomes).
2-5-2 -Structure des molécules HLA
Ce sont des glycoprotéines transmembranaires, organisées en domaines.
2-5-2-1- Structure des molécules de classe I
Les molécules HLA I, comprennent une chaîne lourde α (45Kd) associée de manière non covalente à la β2 microglobuline (12Kd).
La chaîne lourde porte 3 domaines. Les domaines les plus externes α1 et α2 font apparaître un sillon (cavité, niche) dans lequel peut se glisser un peptide de 8 à 10 acides aminés. Le domaine α3 est conservé, il porte un site d'interaction avec la molécule CD8 exprimée à la surface des lymphocytes T CD8.
La β2 microglobuline, peptide globulaire codé par un gène localisé sur le chromosome 15, est associée au domaine α3 de la chaîne lourde.
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Figure 44. Structure des molécules HLA I et II.
2-5-2-2- Structure des molécules de classe II
Les molécules HLA II sont formées de 2 chaînes polypeptidiques différentes (α et β) associées de façon non covalente. Les domaines α1 et β1 contribuent à la formation d'un sillon (cavité ouverte aux 2 extrémités) dans lequel peut se loger un peptide de 12 à 18 acides aminés. La partie externe du domaine β2 porte un site d'interaction avec la molécule CD4 des lymphocytes TCD4.
2-5-3- Rôles biologiques des molécules du CMH 2-5-3-1 Présentation de l'antigène aux lymphocytes T
2-5-3-1-1 Apprêtage des antigènes pour les molécules de classe II du CMH –
Les antigènes exogènes (micro-organismes, protéines…) phagocytés par les macrophages ou capturés par les cellules dendritiques sont dégradés dans les phagolysosomes ou endosomes (vésicules de phagocytose dans lesquelles les lysosomes ont été dégranulés) par des protéases telles que la cathepsine B et D en peptides de 12 à 18 acides aminés.
Parallèlement des chaînes α et β des molécules de classe II sont synthétisées puis sont assemblées dans le réticulum endoplasmique en hétérodimères auxquels s’associe ensuite une
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chaîne invariante ou chaîne γ. La chaîne γ protège le sillon des dimères α, β en empêchant la fixation aux sillons des peptides présents dans le cytosol et dans le réticulum endoplasmique.
Les complexes, molécules de classe II - chaîne invariante γ, migrent hors du réticulum endoplasmique vers l’appareil de Golgi et se retrouvent dans les vésicules golgiennes (vésicule de transport). Ces vésicules fusionnent avec les endosomes. Dans ces vésicules de fusion obtenues, se fait le clivage et la dissociation de la chaîne invariante γ par des protéases, permettant ainsi l'interaction des peptides immunogènes avec le sillon des molécules du CMH. Les complexes peptides immunogènes - CMH classe II sont transportés à la surface cellulaire où ils seront reconnus par les lymphocytes TCD4 spécifiques.
Figure 45. Apprêtage et transport d’antigènes exogènes. CPA : cellule présentatrice d’antigène. P : peptide. Ag : antigène. RER : réticulum endoplasmique.
2-5-3-1-2 Apprêtage des antigènes pour les molécules de classe I du CMH
Les antigènes endogènes, protéines cellulaires (codées par des gènes propres des tumeurs normalement réprimés : oncogènes) ou virales, (codées par des gènes viraux intégrés dans le génome de la cellule infectée) synthétisées dans le cytoplasme sont dégradés en peptides de 8 à 10 acides aminés par des protéines enzymatiques (protéosomes ou LMP : Large Multifunctional Proteases) au sein du cytoplasme.
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Figure 46. Apprêtage et transport d’antigènes endogènes.
Les peptides endogènes sont acheminés par des transporteurs TAP (Transporter Associated with antigen Processing) vers le réticulum endoplasmique. Dans ce compartiment intracellulaire les peptides immunogènes se lient aux molécules du CMH de classe I nouvellement synthétisées. Les complexe peptides – CMH classe I sont transportés à travers l'appareil de Golgi à la surface cellulaire pour une présentation aux lymphocytes T CD8.
2-6 Mitogènes
Les mitogènes sont des substances qui induisent l’entrée en mitose des lymphocytes. Ils ne sont pas spécifiques. Ce ne sont donc pas des antigènes. Parmi les mitogènes connus, la phytohémagglutinine (PHA) est un activateur de tous les lymphocytes T et le nocordia, un activateur de tous les lymphocytes B. L’étude de la réponse proliférative aux mitogènes présente un intérêt dans l’exploration des déficits immunitaires.
3 - Réponse à médiation cellulaire
3-1 Présentation de l’antigène
Au début d'une réaction immune, un antigène a produit une réaction inflammatoire dans un tissu. De nombreuses chémokines seront produites par les cellules locales (cellules épithéliales, endothéliales, ou fibroblastes) en réponse aux cytokines inflammatoires IL-1 et TNFα produits par les macrophages locaux activés par le pathogène. Cette activation induit aussi la production de
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chémokines par les mêmes macrophages. Les chémokines attirent, en plus de neutrophiles au lieu de l'inflammation, des monocytes et des cellules dendritiques. Les monocytes et les cellules dendritiques attirés à ce lieu se mettent à produire des chémokines inflammatoires attirant d'autres cellules dendritiques et d'autres monocytes.
Les cellules dendritiques sont des cellules présentatrices d'antigènes aux lymphocytes T naïfs. Les lymphocytes T naïfs sont ainsi appelés car ils n'ont pas encore rencontré l'antigène. Il va s'agir donc d'une réponse primaire de ces lymphocytes vis-à-vis de leurs antigènes spécifiques. Les cellules dendritiques sont en fait des cellules immatures qu'elles soient locales ou nouvellement arrivées. Elles capturent l'antigène, et l'apprêtent. Parallèlement, elles commencent à devenir matures. Leur maturation se traduit par les caractéristiques suivantes:
-augmentation de volume avec émission de nombreux prolongements ou dendrites justifiant leur nom.
-perte de récepteurs de chémokines inflammatoires qui les maintiennent en place dans le foyer inflammatoire mais acquisition d'autres récepteurs comme le CCR7.Ce qui leur permet de quitter le foyer inflammatoire, chargées de leurs antigènes et de répondre à l'attraction par la chémokine SLC (secondary lymphoïde-tissue chemokine) ou CCL21 émise par les cellules endothéliales des lymphatiques afférents aux ganglions.
Figure 47. Maturation de la cellule dendritique.
- expression en surface, accrue et stable des molécules du CMH de classe II surtout mais également de classe I.
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- apparition en abondance des molécules de co-stimulations, CD80-CD86, indispensables à l’activation complète des lymphocytes T naïfs.
- l’aptitude à sécréter un ensemble de cytokines, très limitée dans le temps, dont la diversité va dépendre du stimulus initial.
Les cellules dendritiques arrivent par le canal afférent dans le ganglion lymphoïde, se localisent autour des veinules endothéliales hautes (HEV) du paracortex. Cela augmente considérablement les chances de rencontre des cellules dendritiques avec les lymphocytes T naïfs arrivant au travers de ces HEV.
Figure 48. Migration de la cellule dendritique chargée d’antigène vers le ganglion lymphoïde.
Ces cellules dendritiques ayant capturé, apprêté l'antigène et ré-exprimé ses déterminants antigéniques (peptides immunogènes) associés aux molécules de classe II du CMH (complexe majeur d’histocompatibilité) vont présenter leurs peptides immunogènes aux lymphocytes T CD4 naïfs. Ceux-ci ne peuvent reconnaître les déterminants antigéniques de l’antigène libre.
Le lymphocyte T CD8 cytotoxique reconnaît, par son TCR, l’antigène associé aux molécules de classe I sur la cellule cible (cellule de soi infectée par un virus, cellule tumorale, cellule étrangère). La molécule CD8 se lie au 3e domaine de la chaine α d’une des molécules de classe I du CMH pour renforcer l'association du TCR avec le complexe peptide- CMH I.
Le lymphocyte T4 se combine, par son récepteur spécifique, le TCR (T Cell Receptor), à l'antigène apprêté, porté par le CMH II à la surface de la cellule CPA. Cette liaison est renforcée par la molécule CD4 qui se lie au 2e domaine de la chaine β des molécules de classe II du CMH.
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Les molécules CD4 et CD8 sont appelées des co-récepteurs car ils sont associés au TCR.
La molécule CD3 est également appelée co-récepteur car elle fait partie du complexe du TCR.
Des molécules d'adhésion renforcent l'interaction de la cellule T à la cellule CPA. La molécule LFA1 sur le lymphocyte T ( lymphocyte-function associated antigen), antigène associé à la fonction du lymphocyte, se lie à la molécule ICAM-1( intercellular adhesion molecule), molécule d'adhésion intercellulaire de la cellule CPA. La molécule CD2, à la surface du lymphocyte T, interagit avec la protéine LFA 3(CD58) de la cellule CPA.
Figure 49. Interactions d’un lymphocyte T avec une CPA.
3-2 Reconnaissance et activation des cellulesTCD4
La reconnaissance et la liaison par le TCR (récepteur pour l’antigène du lymphocyte T T) du peptide antigénique présenté, active le lymphocyte TCD4 par le biais de la molécule de CD3 qui transmet (transduit) un signal activateur (1°signal) au lymphocyte T CD4 (cellule Th0).
L'interaction des molécules de co-stimulation CD80 ou CD86 (B7-1ou B7-2) exprimées sur la cellule CPA, avec la molécule CD28 (récepteur) de la cellule T4, fournit le 2° signal nécessaire pour l'activation complète de la cellule T. Si le lymphocyte T reçoit le signal 1(liaison du TCR à
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l'antigène) et non le signal 2 (co-stimulation) le lymphocyte T devient anergique. Il devient alors incapable de répondre à toute nouvelle stimulation par le même antigène.
A la suite de ces 2 signaux le lymphocyte TCD4 activé produit de l’IL2 puis exprime des récepteurs d’IL2 (IL2-R) de forte affinité. L’IL2 fait transformer ce même lymphocyte en lymphoblaste qui se divisera une dizaine de fois. Par ailleurs, la cellule CPA est stimulée, par interaction de sa molécule de surface CD40 avec la molécule CD40ligand (CD152) exprimée par le lymphocyte T activé, à produire de l'interleukine 12 (IL 12). Sous l’action de cette IL12 (3°signal), les lymphocytes obtenus, après division, se différencieront en lymphocytes Th1 ou T4 effecteurs.
Une petite partie des lymphocytes Th1 garderont la mémoire de ce premier contact avec l'antigène en cause.
Les lymphocytes naïfs, 48 heures après l'activation, expriment à leur surface des molécules CTLA-4 (Cytotoxic T Lymphocyte Antigen 4). L'interaction des ligands CD80 ou CD86 de la cellule CPA avec les molécules CTL-A donne un signal inhibiteur qui freine l'activation des lymphocytes T et empêche une réponse excessive.
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Figure 50. Réponse cellulaire acquise TCD4.
3-2-1 Fonctions effectrices des lymphocytes Th1
Les lymphocytes Th1 (T CD4 effecteurs) quittent le ganglion lymphoïde par le canal efférent et gagnent la circulation sanguine pour aller dans le tissu dans lequel le pathogène s'est initialement introduit.
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Figure 51. Migration des lymphocytes T4 effecteurs du ganglion vers le tissu agressé.
Là, les lymphocytes Th1 vont reconnaitre les peptides antigéniques à la surface des macrophages et s’activer de nouveau. Ils vont alors exprimer le ligand CD40 à leur surface et produire des lymphokines dont les plus importantes l’interféron γ (INF γ) et le TNFα (facteur de nécrose tumorale) par lesquels ils activent les macrophages.
Figure 52. Activation des macrophages.
Les macrophages ainsi activés voient augmenter:
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-leur pouvoir bactéricide qui se traduit par une forte production des espèces réactives de l’oxygène et de monoxyde d’azote et synthèse accrue d’enzymes : hydrolases, protéases…etc.
-leur expression, à leur surface, de molécules de CMH II, de molécules de costimulation et de récepteurs pour le fragment Fc des IgG et augmenter de ce fait la phagocytose des complexes antigènes – IgG.
3-3 Reconnaissance et activation des lymphocytes T CD8 (T8)
Les lymphocytes T8 reconnaissent spécifiquement des cellules de soi infectées par des virus, des cellules tumorales, des cellules allogéniques ou xénogéniques. Ils possèdent la molécule de surface CD8 chez l’homme et Ly2+ chez la souris. Ils reconnaissent le peptide, issu de l’antigène, en association avec les molécules de classe 1 du CMH, et Ils reconnaissent les molécules de classe 1du
Les lymphocytes T8 reconnaissent spécifiquement des cellules de soi infectées par des virus, des cellules tumorales, des cellules allogéniques ou xénogéniques. Ils possèdent la molécule de surface CD8 chez l’homme et Ly2+ chez la souris. Ils reconnaissent le peptide, issu de l’antigène, en association avec les molécules de classe 1 du CMH, et Ils reconnaissent les molécules de classe 1du